IBM-Prozessor mit 100 Milliarden Transistoren für sechsmal schnellere künstliche Intelligenz

IBM hat mit der Ankündigung einer neuen Technologie in der Halbleiterindustrie für Furore gesorgt. Den Experten des Unternehmens ist es gelungen, Transistoren mit einer Breite von nur 0,7 Nanometern zu entwickeln. Konkret bedeutet dies, dass Chiphersteller bis zu 100 Milliarden Transistoren auf einer Fläche von der Größe eines menschlichen Fingernagels unterbringen könnten. Erstmals in der Geschichte der Computertechnik ist es gelungen, eine so große Anzahl von Bauteilen auf so kleinem Raum zu integrieren.

Die neuen 0,7-Nanometer-Chips stellen einen unglaublichen Fortschritt dar. Sie sind 50 Prozent leistungsstärker und 70 Prozent energieeffizienter als IBMs eigene 2-Nanometer-Chips aus dem Jahr 2021, die zuvor als die kleinsten der Welt galten.

Dieser Wandel hin zu ultrakleinen Dimensionen wird die künstliche Intelligenz grundlegend verändern. Die gängigsten KI-Beschleuniger von heute erreichen rund 1.500 TOPS (Milliarden Operationen pro Sekunde). IBM-Forscher schätzen, dass die neuen Chips die sechsfache Leistung, also etwa 9.000 TOPS, erzielen könnten. In der Praxis bedeutet dies, dass sich die Trainingszeit für große Sprachmodelle, die derzeit etwa drei Monate beträgt, auf nur wenige Wochen reduzieren ließe.

Der Schlüssel zu diesem Erfolg liegt in einer neuen Architektur namens Nanostack. Anstatt Transistoren auf einer flachen Oberfläche zu verkleinern, konzentrierten sich die Ingenieure auf die Höhe und verglichen die Architektur mit dem Bau eines 100-stöckigen Wolkenkratzers, während Konkurrenten wie Samsung und Intel in ihren 3D-Arbeiten etwa 30 bis 50 Stockwerke erreichen.

Um diese Leistung zu erzielen, musste das Team mehrere technische Hürden überwinden, darunter eine neue Methode zur Verbindung zweier Wafer mit minimalen Defekten und eine Erhöhung des SRAM-Speichers um 40 Prozent, der größte Sprung im letzten Jahrzehnt und die direkte Behebung des Datenzugriffsengpasses.

Es ist wichtig zu beachten, dass sich diese Errungenschaft noch im experimentellen Stadium befindet und 3D-Chip-Designer weiterhin vor erheblichen Herausforderungen im Bereich des Wärmemanagements stehen. Aufgrund der extrem dünnen Schichten entsteht schnell Wärme, die ein ordnungsgemäßes Abschalten der Transistoren verhindern und letztendlich zum Ausfall des gesamten Chips führen kann. Die industrielle Fertigung ist noch einige Jahre entfernt. Mit einer breiten Anwendung von 2-nm-Bauelementen ist erst gegen Ende des Jahrzehnts zu rechnen, gefolgt von 1,4-nm- und 1-nm-Varianten, während 0,7-nm-Chips noch weiter in der Zukunft liegen.